Hersenen en Gedrag 2012 Niek Groot 1 College 1 t.m.t. 4 Dr

Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
College 1 t.m.t. 4
Dr. Groothuis en Dr. van der Zee
Proximate en ultimate factoren
In de ethologie wordt scherp onderscheid gemaakt tussen proximate en ultimate
vraagstellingen. Proximaat zijn die factoren die werkzaam zijn rond het moment van
uitvoering van de gedragingen; ultimate factoren verwijzen naar mogelijke biologische
functies van gedragingen en naar de rol van natuurlijke selectieprocessen. Beide soorten
vragen (die per definitie geen tegenstrijdige antwoorden kunnen opleveren) zijn van belang
bij de bestudering van gedrag. Sommige soorten vraagstellingen leggen meer het accent op
motivationele en causale aspecten, andere op effecten van gedragingen op korte of langere
termijn.
Aan elk van deze factoren kun je verschillende termen koppelen, ook wel de vier
vragen van de ethologie genoemd. Zo horen causatie (mechanisme) en ontogenie
(ontwikkeling) bij de proximate factoren en functie (fitness) en evolutie juist bij de ultimate
factoren. Een handig ezelsbruggetje is dat je bij proximate factoren altijd de vraag
“waardoor?” kunt stellen en bij de ultimate factoren juist “waartoe?”.
Black box approach
Een zwarte doos of black box is een toestel waarvan het gedrag bekend is, maar niet de
inwendige constructie. Een computer is voor veel gebruikers een zwarte doos. De gebruiker
kan met de computer werken maar weet niets over het inwendige ervan. In de biologie
gebruikt men dit model om verklaringen te zoeken voor een bepaalde “output”.
Ethogram
Een ethogram is een lijst van alle gedragingen die een dier kan vertonen. Het wordt gebruikt
in de ethologie. De gedragingen in een ethogram worden gewoonlijk zodanig gedefinieerd
dat ze niet overlappen en objectief zijn, waarbij men namen vermijdt die subjectief zijn of een
functie impliceren.
1
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Veranderingen input-output
Wanneer er een verandering optreedt in een (verwachte) output, kan dat door verschillen
dingen komen. Ten eerste kan het komen door vermoeidheid, deze spreekt redelijk voor zich.
Ten tweede speelt habituatie een belangrijke rol. Ten derde is er ook nog iets wat perifere en
centrale filtering genoemd wordt. Tenslotte kan het ook nog komen door motivationele
veranderingen. Ik zal deze zaken één voor één bespreken.
Habituatie
Habituatie kan omschreven worden als het geleidelijk (passief) wennen aan herhaaldelijke
terugkerende prikkels. Eenvoudige reflexen van het ruggenmerg zijn ook onderhevig aan
habituatie. In de zeeslak zal bijvoorbeeld aanraking van de sifon (het wateruitstuwingsorgaan) leiden to het terugtrekken van de sifon en kieuw. Bij herhaling van deze
prikkel zal de reflex geleidelijk afnemen. Bij pasgeborenen wordt soms gebruikgemaakt van
habituatie om na te gaan of ze bepaalde prikkels kunnen onderscheiden.
Perifere en centrale filtering
Perifere filtering vindt plaats ter hoogte van de zintuigen; gerealiseerd doordat zintuigen niet
aangepast zijn om alle prikkels waar te nemen. Centrale filtering vindt plaats ter hoogte van
het CZS (denk aan het richten van aandacht op één ding).
Motivatie
Motivatie is een term uit de ethologie om uit te drukken dat iemand iets (een zeker doel) wil
bereiken. In de natuur zijn er heel veel verschillende stimuli, maar organismen vertonen
vrijwel geen chaotisch gedrag. De inwendige bereidheid voor een bepaald gedrag fluctueert
(jagen?, vluchten?, paren?).
Het brein
De hersenen, ook wel het brein
genoemd, vormen het deel van het
centrale zenuwstelsel dat zich in het
hoofd bevindt. De hersenen vormen
het waarnemende, aansturende,
controlerende en informatie
verwerkende orgaan in dieren. De
hersenen zijn een complex orgaan;
het menselijk brein is opgebouwd uit
vele tientallen miljarden neuronen
(zenuwcellen) waarvan elk in
verbinding staat met een groot aantal
andere neuronen, soms vele
duizenden. Wij moeten de volgende
verschillende onderdelen van het
brein kunnen onderscheiden:
2
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
-Het ruggenmerg (spinal chord) wordt tot het centrale zenuwstelsel gerekend omdat
het naast zenuwbanen ook zenuwcellen bevat die al een deel van de signaalverwerking van de
zintuigen en de uitgaande signalen naar de spieren voor hun rekening nemen. Zo lopen
bijvoorbeeld de spierrekkingsreflexen zoals de kniepeesreflex over het ruggenmerg zonder
tussenkomst vanuit de hersenen. Ook zorgt het ruggenmerg voor de informatievoorziening
naar de hersenen.
-De hersenstam bestuurt vitale levensfuncties als temperatuur, hartslag, ademhaling en
bloeddruk. Ook dit onderdeel zorgt voor de informatievoorziening van de hersenen.
-De kleine hersenen (Latijn: cerebellum) zijn een onderdeel van het centraal
zenuwstelsel. De eerste functie van het cerebellum is de coördinatie van bewegingen om ze
vlot en nauwkeurig te maken. Schade aan het cerebellum leidt tot schokkerige bewegingen en
kan ook evenwichtsproblemen geven.
-Het diencephalon, of tussenhersenen, is het deel van de hersenen, dat zich middenin
bevindt. Het is verantwoordelijk voor de homeostase en de motivatie van een individu
-De grote hersenen (cerebrum) zijn onderdeel van het centraal zenuwstelsel en
omvatten het grootste deel van de menselijke hersenen. De grote hersenen verwerken
impulsen afkomstig van sensorische zenuwcellen en reguleren vrijwillige beweging. Ze zijn
tevens de plek waar de cognitieve en emotionele processen (onder andere logisch redeneren,
planning, geheugen, emotie) plaatsvinden. In de grote hersenen bevinden zich o.a. de
hypothalamus (integratie van hormonale en metabole signalen met autonome
processen en hogere hersenfuncties), de hippocampus (leren en geheugen), de amygdala
(geconditioneerde responsen) en de hersenschors (hogere hersenfuncties en taal).
Broca
Het gebied van Broca of centrum van Broca is een
deel van de hersenen en wordt ook wel het
motorisch spraakcentrum genoemd. Er is ook een
sensorisch spraakcentrum; het gebied van Wernicke.
Een stoornis of beschadiging in het gebied van
Broca kan leiden tot motorische afasie, ook wel
afasie van Broca genoemd. Het gebied van Broca is
dus belangrijk voor het spreken.
Wernicke
Het gebied van Wernicke of het centrum van Wernicke is een deel van de hersenen speelt een
belangrijke rol bij het begrijpen van taal. Aandoeningen of beschadigingen in het gebied van
Wernicke kunnen leiden tot dyslexie en sensorische afasie. De gesproken taal van
wernickepatiënten klinkt doorgaans vloeiend, maar mist betekenis.
3
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Ventrikels
Het ventrikelstelsel bestaat uit de beide
zijventrikels, de derde ventrikel en de vierde
ventrikel. Dit zijn onderling verbonden holtes
die zich in de hersenen bevinden.
Gyri en sulci
Een gyrus is in de neuroanatomie een winding
of verhoging in de sterk gevouwen
hersenschors. Hij worden afgewisseld met een
of meerdere sulci, of groeven.
Neurogenese
Neurogenese is de benaming voor het ontstaan van nieuwe neuronen (zenuwcellen) bij
volwassen zoogdieren en vogels. Vroeger werd gedacht dat neurogenese alleen voorkwam in
jonge zoogdieren en vogels. Recent onderzoek heeft uitgewezen dat neurogenese zich ook
voordoet bij volwassen individuen, onder meer in de hippocampus bij de mens en andere
zoogdieren.
CT-scan
Computertomografie (meestal afgekort tot CT-scan) is een tomografische
onderzoeksmethode van het menselijk lichaam. Een van de eerste vormen hiervan maakte
gebruik van röntgenstraling. De doorlaatbaarheid van het onderzochte lichaamsdeel voor de
gebruikte straling wordt vanuit een groot aantal hoeken rondom in dunne „plakjes” gemeten,
waarna een computer uit de resultaten een driedimensionale weergave van het onderzochte
lichaamsdeel opbouwt. Tegenwoordig wordt ook veel gewerkt met magnetische resonantie;
men spreekt dan van Magnetic Resonance Imaging of MRI.
MRI-scan
Magnetic Resonance Imaging (MRI) is een vorm van medische beeldvorming met behulp van
kernspinresonantie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een MRI-scanner. In het artikel MRIscanner worden de fysische en technische achtergronden bechreven.
PET-scan
Positronemissietomografie (PET) is een beeldvormende techniek waarbij een radioactief
isotoop (een radionuclide) wordt toegediend aan een patiënt. Deze radionuclides verzamelen
zich op bepaalde plaatsen in het lichaam (bijvoorbeeld een tumor). Bij het verval produceren
deze atoomkernen een positron en een neutrino. Positronen zijn de antideeltjes van elektronen
en hebben dezelfde massa, maar een positieve lading.
4
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
F-MRI
Functionele MRI is een speciale MRI-techniek die wordt gebruikt in het moderne
hersenonderzoek waarbij de activiteit van de hersenen door middel van een computer
zichtbaar wordt gemaakt in een drie-dimensionaal beeld. fMRI is net als de structurele MRItechniek, gebaseerd op het principe van kernspinresonantie. Verhoging van activiteit in een
bepaald gebied van de hersenen (bijvoorbeeld in de motorische gebieden bij het bewegen van
een arm of been, of in de visuele gebieden bij het kijken naar patronen; zie de illustratie) gaat
gepaard met een sterkere doorbloeding van deze gebieden. In de rode bloedcellen in de
bloedvaten van de hersenen treedt daarbij een verandering op in het hemoglobine.
Hemoglobine heeft als eigenschap dat het zuurstof absorbeert. Verlaging van het
zuurstofgehalte van hemoglobine gaat gepaard met een verandering in de magnetische
eigenschappen van hemoglobine, die vervolgens door de fMRI-detectoren wordt opgepikt.
Deze detectoren meten in feite de verhouding tussen het zuurstofrijke en zuurstofarme
hemoglobine.
Anatomie en functie hersengebieden
Je moet in staat zijn de verschillende hersengebieden te benoemen en hun bijbehorende
functie kunnen beschrijven. Hieronder heb ik een afbeelding geplaatst met daarin de
informatie die je moet kennen (grote lijnen). Een grappig feit is dat de anatomie van de
schedel op de anatomie van de hersenen is aangepast (Os occipitale, Os temporale etc.).
Lobotomie
Lobotomie is een chirurgische operatie die rond het midden van de 20e eeuw werd toegepast.
Tijdens de ingreep wordt de verbinding van het voorhoofdsgedeelte van de hersenen en de
rest van de hersenen en het zenuwstelsel door een insnijding bijna geheel verbroken. De
frontale hersenkwabben hebben een functie in "zelfsturendheid" en in het tot uiting komen
van de eigen persoonlijkheid. Met lobotomie werd geprobeerd psychische stoornissen te
verhelpen, maar de effecten bleken onvoorspelbaar en hadden veel bijwerkingen.
5
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Anatomische termen van positie
De meesten dieren hebben meestal
één uiteinde waar zich kop en bek
bevindt, en één met de anus en vaak
een staart. Het uiteinde met de kop
of het hoofd is de craniale zijde, het
einde met de staart is de caudale
zijde. In het Latijn betekent cranium
namelijk schedel, en cauda betekent
staart. De longen van een hond,
bijvoorbeeld, bevinden zich meer
craniaal (richting het hoofd) dan
bijvoorbeeld de darmen van de
hond, die meer caudaal liggen.
Wanneer men een locatie in de kop
van het dier wil aanduiden, gebruikt
men de term rostraal voor weefsels
of organen die meer richting de neus liggen, en de term caudaal(wederom) voor weefsels die
verder van de neus af, en dus meer richting de staart liggen. Het deel van het lichaam dat
normaal naar boven gericht is, het verst van de grond af, is de dorsale zijde (dit komt van het
Latijnse woord voor rug, omdat het hier meestal ook om de rug gaat), het tegenovergestelde
deel, dat normaal bij een dier naar beneden gericht is, het dichtst bij de grond, is de ventrale
zijde (naar het Latijnse woord voor buik). Drie soorten vlakken worden gebruikt in de
anatomie.



Een sagittaal vlak verdeelt het lichaam in een linker- en in een rechterdeel.
Een coronaal of frontaal vlak verdeelt het lichaam in dorsale en ventrale gedeelten (bij
de mens: in een voor- en achtergedeelte).
Een horizontaal vlak verdeelt het lichaam in een craniaal en caudaal gedeelte, of in
het geval van de mens in een boven- en ondergedeelte.
6
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Witte en grijze stof
De grijze stof (Latijn: substantia grisea)
is het deel van het centraal zenuwstelsel
dat de cellichamen van de zenuwcellen,
de dendrieten en de korte axonen bevat.
De witte stof is het deel dat de lange,
gemyeleniseerde axonen bevat. De grijze
stof bevindt zich in de hersenen vooral
(maar niet uitsluitend) aan de buitenkant,
waar het de cortex cerebri, de schors van
de grote hersenen, en de cortex cerebelli,
de schors van de kleine hersenen, vormt.
De grijze stof heeft als functie het
verwerken van informatie, terwijl de
witte stof de communicatie tussen de zenuwcellen verzorgt. De karakteristieke grijsbruine
kleur komt door het mengsel van bloedvaten en cellichamen van zenuwcellen. De witte stof
(Latijn: substantia alba) is het deel van het centraal zenuwstelsel dat de axonen, de
gemyeliniseerde uitlopers (neurieten) van zenuwcellen bevat. Deze axonen verbinden de
verschillende hersengebieden met grijze stof met elkaar en geleiden de zenuwimpulsen tussen
neuronen. De witte stof in de hersenen en in het ruggenmerg bevat geen dendrieten. Deze zijn
alleen in grijze stof aanwezig, samen met zenuwcellichamen en kortere axonen. De witte
kleur is het gevolg van de myelinescheden van de zenuwvezels.
Hersencellen
-Oligodendrocyten zijn een type gliacellen. De belangrijkste functie van oligodendrocyten is
het myeliniseren van zenuwceluitlopers (axonen) in het centrale zenuwstelsel van hogere
gewervelden (in het perifeer zenuwstelsel is dezelfde functie voorbehouden aan de zgn.
Schwanncellen).
-Astrocyten hebben vele functies, ze verwijderen sommige neurotransmitters (GABA, ATP
en glutamaat), regelen de ionenconcentratie en spelen een rol bij de ontwikkeling van het
CZS door vorming van geleidende uitlopers waarlangs neuronen kunnen groeien.
-De microglia zijn de macrofagen van het centrale zenuwstelsel. Het zijn vrij kleine cellen
met een vrij kleine kern en met in hun cytoplasma talrijke lysosomen en andere insluitsels die
ook in andere macrofagen worden aangetroffen. Ze zorgen voor een afweersysteem van de
hersenen, dit door middel van het continue scannen op eventuele schade of lichaamsvreemde
stoffen.
-Satellite glial cells are a type of glial cell that line the exterior surface of neurons in the
peripheral nervous system (PNS)They are of a similar embryological origin to Schwann cells
of the PNS, as they are both derived from the neural crest of the embryo during development.
(CNS)They supply nutrients to the surrounding neurons and also have some structural
function.
7
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Nissl-kleuring
De Nissl-kleuring is een kleuring die
uitgevonden is door Franz Nissl en die
cellen in het zenuwstelsel kleurt. De
zenuwcellen worden gekleurd door
coupes van hersenen onder te dompelen
in de kleurstof cresylviolet, die paarsblauw is. Als de coupes een korte tijd in
de kleurstof hebben gezeten, worden ze
eerst gespoeld in water, daarna worden
ze gedifferentieerd in alcohol met een
kleine hoeveelheid azijn (waardoor de achtergrond ontkleurt en de zenuwcellen zichtbaar
worden) en daarna worden ze ingebed op een objectglas zodat ze bekeken kunnen worden
onder de microscoop.
Golgikleuring
De golgikleuring is een kleuring die gebruikt wordt om neuronen (aspecifiek) te kleuren in
het centraal zenuwstelsel. De kleuring berust op de vorming van zilverchromaat, dat neerslaat
in de zenuwcel en een zwarte/bruine kleur geeft. Er bestaan twee hoofdvarianten van deze
kleuring: de golgikleuring zoals die door Camillo Golgi is ontdekt, en een snellere variant die
Golgi-Cox wordt genoemd.De golgikleuring wordt onder andere toegepast bij het onderzoek
naar de morfologie van zenuwcellen. Omdat de kleuring slechts een klein percentage van het
totaal aantal zenuwcellen zichtbaar maakt, zijn de cellen en de uitlopers duidelijk te zien en te
kwantificeren met behulp van een microscoop. De golgikleuring kan ook gecombineerd
worden met een nisslkleuring zodat er onderscheid tussen verschillende celtypen gemaakt
kan worden.
8
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Antero/retrograde kleuring
In neuroscience, anterograde tracing is a
research method which is used to trace axonal
projections from their source (the cell body or
soma) to their point of termination (the
synapse). The complementary technique is
retrograde tracing, which is used to trace
neural connections from their termination to
their source (i.e. synapse to cell body). Both
the anterograde and retrograde tracing
techniques are based on the visualization of
the biological process of axonal transport. The
anterograde and retrograde tracing techniques
allow the detailed descriptions of neuronal
projections from a single population of
neurons to their various targets throughout the
nervous system. These techniques allow the
"mapping" of connections between neurons in a particular structure (e.g. the eye) and the
target neurons in the brain. Much of what is currently known about connectional
neuroanatomy was discovered through the use of the anterograde and retrograde tracing
techniques. Kort samengevat gaat het hier op de richting waarop eiwitten zich in een neuron
verspreiden. Bij anterograad transport zullen de eiwitten van het soma (cellichaam) naar de
synaps lopen. Dit i.t.t. retrograde transport, waarbij de eiwitten van het uiteinde richting het
cellichaam lopen (plaatje).
Dentritische spine
Een dendritische spine of gemmula is een zeer
klein uitsteekseltje (kleiner dan één
micrometer) wat zich bevindt op het dendriet
van een zenuwcel (neuron). Het vormt het
postsynaptische deel van een synaps. Spines
hebben normaliter een rond kopje (de spine
head) dat verbonden is met de dendriet door
middel van een dun nekje (de spine neck).
Veel dendrieten bevatten een heleboel,
duizenden, spines, zoals hippocampale
neuronen en purkinjecellen. Spines zijn aan
verandering onderhevig: er groeien
voortdurend nieuwe spines en oude spines
verdwijnen, waardoor er steeds nieuwe
neurale verbindingen worden gelegd. Deze
veranderingen staan in verband met de
processen van het leren en het geheugen.
9
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Knopen van Ranvier
Insnoeringen van Ranvier (ook wel knopen van Ranvier genoemd) zijn regelmatige
onderbrekingen in het myeline-omhulsel rond een axon. De insnoeringen zijn 1 micrometer
lang en stellen de axonale membraan bloot aan het extracellulair vocht. Het myelineomhulsel verhoogt de snelheid van een impuls door de elektrische stroom te isoleren en
maakt het de impulsen mogelijk van insnoering naar insnoering te springen, in plaats van
over de hele zenuwcel heen. Een actiepotentiaal is de elektrochemische reactie van een
gestimuleerd neuron. Een gestimuleerd neuron is een neuron waarvan de membraanpotentiaal
is gewijzigd door een naburige cel of bij een experiment. Tijdens een actiepotentiaal vindt er
een grote en snelle verandering plaats van de membraanpotentiaal waarbij ionen in of uit de
cel stromen. De actiepotentiaal verplaatst zich van de ene plek in de zenuwcel naar de andere,
maar ionstromen vinden alleen plaats bij de insnoeringen. Daardoor springt de actiepotentiaal
over de axon, van insnoering naar insnoering in plaats van een vloeiender, langzamer verloop
zoals voorkomt bij axonen zonder myeline-omhulsel. Dit effect wordt veroorzaakt door de
hoge concentraties van Na+- en K+-ionkanalen bij de insnoeringen van Ranvier.
Ongemyeliniseerde axonen hebben geen insnoeringen van Ranvier. Ionkanalen zijn bij deze
axonen duidelijk minder geordend en zijn verpreid over de hele membraanoppervlakte.
10
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
College 5 t.m.t. 6
Dr. van der Zee
Eigenschappen klassieke neurotransmitters
In de cel zijn neurotransmitters opgeslagen in kleine synaptische blaasjes. Ze worden zodra er
een zenuwsignaal komt heel snel uit de cel vrijgemaakt door middel van exocytose, en
diffunderen dan over de synaps om aan de receptoren die aan de buitenkant van de
ontvangende cel te vinden zijn te binden. Afbraak vindt plaats door enzymen die in de synaps
aanwezig zijn. Sommige neurotransmitters worden echter ook hergebruikt; speciale eiwitten
in de presynaptische zenuwcel zorgen dan voor heropname van de neurotransmitter.
- Snelle afgifte
- Snelle werking
- Snel afgebroken (heropname) dus snelle beëindiging van de werking
Synaps
Een synaps (of synapsspleet) is een ruimte in de verbinding tussen zenuwcellen. In deze
ruimte vindt het 'doorgeven van de boodschap' plaats door de overdracht van
neurotransmitters. Synapsen zitten ook tussen zenuwcellen en spieren en tussen zenuwcellen
en klieren. In wetenschappelijke taal is de synaps de ruimte tussen het presynaptisch
membraan (van een axon) en het postsynaptisch membraan. Een signaal wordt door
neurotransmissie via deze spleet overgedragen naar de volgende cel.
11
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Acetylcholine
Acetylcholine (vaak afgekort tot ACh) is een neurotransmitter, die vooral betrokken is bij de
impulsoverdracht van de zenuw naar de skeletspiercellen. De actiepotentiaal maakt in het
uiteinde van een zenuwcel acetylcholine vrij. Dit acetylcholine diffundeert door de ruimte
tussen deze cel en de volgende cel (deze ruimte heet de synaptische spleet) en activeert de
laatste door zich te binden aan de acetylcholine-receptor. Na activatie hiervan wordt, als dit
een tweede zenuwcel betreft, weer een elektrisch signaal opgewekt; als het een spiercel is
wordt door de receptoractivatie de spiercontractie (samentrekking) geïnduceerd.
12
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Na korte tijd wordt het acetylcholine in de synaptische ruimte door het enzym acetylcholineesterase razendsnel afgebroken tot de metabolieten choline en acetaat dat in de originele
zenuwcel weer tot acetylcholine hergebruikt wordt.De ACh-concentratie is hoog in het
corpus striatum en de thalamus en laag in het cerebellum.
Er zijn twee typen ACh-receptoren:
1. Muscarinerge (AChM G-coupled receptor). Deze zitten veel in de parasympatische
eindsynapsen.
2. Nicotinerge (AChN ionkanaal). Deze zitten veel in de sympathische en
parasympathische ganglia
Acetylcholinesterase
Acetylcholine-esterase is een enzym dat de neurotransmitter acetylcholine door hydrolyse
afbreekt, nadat de informatie tussen twee zenuwcellen of neuronen is overgedragen. Bij
alzheimerpatiënten wordt met medicijnen de afbraak van acetylcholine door acetylcholineesterase geremd en wordt hierdoor onder andere het dementeren tegengegaan.
Cingulate cortex
The cingulate cortex is a part of the brain situated in the medial aspect of the cortex. It
includes the cortex of the cingulate gyrus, which lies immediately above the corpus callosum,
and the continuation of this in the cingulate sulcus. The cingulate cortex is usually considered
part of the limbic lobe. It receives inputs from the thalamus and the neocortex, and projects to
the entorhinal cortex via the cingulum. It is an integral part of the limbic system, which is
involved with emotion formation and processing, learning, and memory, and is also
important for executive function and respiratory control.
13
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Ziekte van Alzheimer
De ziekte van Alzheimer (soms
kortweg alzheimer genoemd) is een
degeneratieve aandoening van de
hersenen waarbij de patiënt soms in
snel tempo dementeert. De
aandoening is vernoemd naar Alois
Alzheimer, een Duitse psychiater en
neuropatholoog. Een exacte
diagnose is doorgaans pas mogelijk
na overlijden, door de hersenen te
onderzoeken. De ziekte wordt
meestal vastgesteld bij personen die ouder zijn dan 65 jaar. De ziekte wordt volgens de meest
geaccepteerde hypothese veroorzaakt doordat bepaalde eiwitten abnormaal worden
afgebroken. Hierdoor ontstaan abnormale afbraakproducten (bèta amyloïd) welke plaques
(klonten) vormen buiten de hersencellen. Ook is er een intracellulair kenmerk van de ziekte,
namelijk tangels (verstrengelingen) van het eiwit Tau. Verstrengeling van het Tau eiwit, een
eiwit dat een rol speelt bij het vervoer van voedingsstoffen door de cel, leidt ertoe dat
hersencellen afsterven. Bij post-mortemonderzoek wordt een sterk gekrompen hersenschors
(atrofie) gevonden, met buiten de zenuwcel gelegen amyloïdneerslagen (seniele plaques),
welke ook rond de bloedvaten in de hersenen voorkomen. Daarnaast zijn er in de cel gelegen
verstrengelingen van het eiwit Tau (neurofibrillaire kluwens) te vinden. Deze neerslagen zijn
niet gelijkmatig over de hersenschors verdeeld. Met name gedeelten van de hersenschors
waar geheugenfuncties gelokaliseerd zijn, zijn in het begin aangedaan. Vooralsnog is de
ziekte van Alzheimer een ziekte aan de grijze stof van het cerebrum.
Amyloïde plaques (opeenhopingen)
Een van de kenmerken van de ziekte van Alzheimer is de opeenhoping van amyloïde plaques
tussen de zenuwcellen in de hersenen. Amyloïde is een algemene term voor eiwitfragmenten
die het lichaam normaal aanmaakt. Beta-amyloïde is een eiwitfragment van het veel grotere
APP-eiwit (Amyloïd Precursor Protein, ofwel Amyloïd Voorloper Eiwit). Dit APP speelt een
belangrijke rol bij de groei van zenuwcellen. Daarnaast is het ook betrokken bij het repareren
van schade aan deze cellen. Het APP in de neuronen wordt regelmatig vervangen. Daarbij
wordt het oude APP door enzymen, die proteases worden genoemd, in kleinere stukjes
geknipt. Meestal ontstaan hierbij fragmenten die geen schade kunnen aanrichten. Onder
bepaalde omstandigheden ontstaat bij het afbreken van APP een ander eiwit, het betaamyloid. Losse beta-amyloid eiwitten plakken na hun vorming samen tot onoplosbare draden.
Deze draden kleven aan elkaar en aan stervende zenuwcellen vast. Hierbij vormen ze steeds
groter wordende structuren: de plaques. Het is nog niet duidelijk of plaques een oorzaak zijn
van de ziekte van Alzheimer of slechts een gevolg. Veel wetenschappers nemen aan dat betaamyloid schadelijk is voor zenuwcellen. Mogelijk veroorzaken de plaques een
ontstekingsreactie in de hersenen waarbij ons afweermechanisme schade aanricht aan onze
neuronen
14
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Neurofibrillaire tangles (knopen)
Neurofibrillaire knopen bestaan uit onoplosbare samengestrengelde vezels die in de
hersencellen te vinden zijn. Zij bestaan voornamelijk uit het tau-eiwit. Onder normale
omstandigheden speelt dit eiwit een belangrijke rol bij het in stand houden van de stevigheid
van het ‘skelet’ van de zenuwcellen. Dit skelet, dat uit minuscule buizen of ‘micro-tubili’
bestaat, is ook van belang voor het transport van voedingsstoffen door de zenuwcel. Door een
nog onbekende oorzaak kan de structuur van het tau-eiwit veranderen. Dit veranderde of
gemuteerde tau-eiwit is niet meer in staat bij te dragen aan de stevigheid van de cel. Als
gevolg hiervan raakt ook de
communicatie tussen zenuwcellen
aangetast. Uiteindelijk kan een
aangetaste zenuwcel zelfs geheel
afsterven. Twee gemuteerde taueiwitten vormen samen een in
elkaar gedraaide streng. Deze
strengen vormen het belangrijkste
bestanddeel van zogenaamde
neuro- fibrilaire tangles of
knopen. Net als plaques zijn ook
deze structuren alleen na het
overlijden onder de microscoop
waarneembaar.
15
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Kortetermijngeheugen
Het kortetermijngeheugen is het geheugen voor informatie die op dit moment en voor korte
tijd wordt onthouden. Het heeft een kleine capaciteit. Een goed voorbeeld is het onthouden
van een (niet al te groot) boodschappenlijstje. Soms gebruikt men hiervoor ook de term
werkgeheugen. Het werkgeheugen is echter dynamischer en omvat onder andere ook het
vermogen bepaalde bewerkingen toe te passen op de opgeslagen informatie.
Langetermijngeheugen
Het langetermijngeheugen is het geheugen voor informatie die permanent in de hersenen is
opgeslagen, maar die niet altijd bewust wordt ervaren. Het heeft een zeer grote capaciteit.
Ook kennis en vaardigheden worden tot het langetermijngeheugen gerekend. Hierbij worden
doorgaans de volgende vier processen onderscheiden.

Coderen van informatie (encoding)

Opslaan
Als de informatie die in het kortetermijngeheugen aanwezig maar vaak genoeg herhaald (of
bewaard) wordt, wordt deze naar het permanente of langetermijngeheugen overgebracht. Dit
proces wordt ook wel consolidatie genoemd.

Vasthouden
Informatie die op deze manier is opgeslagen blijft zeer lang bewaard. Geheugenindrukken
kunnen echter wel vervagen, waardoor de informatie moeilijker toegankelijk is. Vergeten is
het proces waardoor informatie in het geheugen verloren gaat, of niet meer teruggevonden
kan worden. Ook kan oude kennis 'overschreven' worden door nieuwe kennis. Dit noemt men
interferentie. Bij beschadiging of aftakeling van de hersenen (zoals bij dementie) treedt echter
het omgekeerde op: recente informatie wordt niet opgeslagen/onthouden, terwijl van oudsher
geautomatiseerde handelingen en lang geleden geleerde gegevens nog beschikbaar blijven.

Terugvinden
Kennis die in het geheugen is opgeslagen moet ook weer worden teruggevonden of
opgezocht (Engels: retrieval). Bij het terugzoeken in het geheugen kan men bepaalde
hulpmiddelen of 'cues' gebruiken. De aanwezige kennis wordt dan weer geactualiseerd. We
spreken dan bijvoorbeeld van herkenning of herinnering. Tests voor het geheugen blijken
soms verschillende resultaten op te leveren bij geheugenstoornissen. Sommige patiënten
kunnen zich bijvoorbeeld wél feiten of gebeurtenissen herinneren via een herkenningstest
(herkent u dit gezicht?), maar niet met een test waarbij men kennis moet reproduceren (hoe
heet deze persoon?). Ook bestaan er een manier om het impliciet geheugen te meten, die
priming heet. Daarbij reageert men sneller op een woord of beeld als dit van tevoren in een
bepaalde context is aangeboden. Het geheugen van de mens is niet altijd betrouwbaar. Soms
menen mensen zich zaken te herinneren die nooit hebben plaatsgevonden.
16
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Declaratief en niet-declaratief geheugen
Het langetermijngeheugen kent twee subvormen, namelijk het declaratief en het nietdeclaratief geheugen.
Declaratief geheugen
Kennis die is opgeslagen in het declaratief of expliciet geheugen is expliciet aanwezig. Dit
wil zeggen dat we deze kennis (beelden, feiten, een gevoel e.d.) kunnen oproepen in ons
bewustzijn. Een herinnering is bijvoorbeeld een gedachte of beeld uit het verleden dat in ons
geheugen bewust kan worden opgeroepen. Het declaratief geheugen kent ook twee
subvormen, namelijk:


Episodisch geheugen: bevat onder andere persoonlijke gebeurtenissen
(autobiografisch geheugen).
Semantisch geheugen: bevat 'betekenissen' en 'feiten', bijvoorbeeld de woordenschat,
kunnen vertellen hoe men een ei bakt, hoe de koningin heet, kunnen klokkijken, twee
getallen bij elkaar optellen, kennis van de wereld, kennis van de taal.
Niet-declaratief geheugen
Kennis opgeslagen in het nietdeclaratief of impliciet
geheugen is impliciet
aanwezig; dat wil zeggen dat
we ons niet bewust zijn van de
kennis die daarin is
opgeslagen. Het heeft de
volgende subvormen:



Procedureel geheugen: geheugen voor vaardigheden zoals kunnen fietsen, of kunnen
lezen (vaardigheden)
Perceptuele priming: effecten van eerdere aanbieding van bijvoorbeeld een woord of
figuur op de latere herkenning hiervan of reactie hierop. Zie ook priming.
Klassieke conditionering: leren door associatie van een conditionele en een nietconditionele prikkel.
Gevoelig voor afleiding
Structurele veranderingen
Eiwitproductie
Veranderde genexpressie
KTG
Ja
Nee
Nee
Nee
LTG
Nee
Ja
Ja
Ja
17
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Prefrontale cortex
De prefrontale cortex is betrokken bij cognitieve en emotionele functies als beslissingen
nemen, plannen, sociaal gedrag en impulsbeheersing. Het dorsolaterale deel (in tabel:
DLPFC) is veel in verband gebracht met het werkgeheugen. Men spreekt in dit verband ook
wel van executieve functies. Vanwege de connectie met emoties, wordt de prefrontale cortex
tot het limbisch systeem (groep structuren in de hersenen die betrokken zijn bij emotie,
motivatie, genot en het emotioneel geheugen) gerekend. Ook functies van de ventromediale
prefrontale cortex (VMPFC) worden vaak geassocieerd met controle van emoties.
Verschillende circuits die belangrijk zijn voor transport van de neurotransmitter dopamine
hebben uitlopers naar de prefrontale cortex. Ook stuurt de prefrontale cortex commando’s
naar sensorische cortexom activiteit te handhaven, zodat het ongevoelig wordt voor afleiding.
Opslag van informatie
De indeling van het langetermijngeheugen is mede gebaseerd op hersenonderzoek bij mensen
en dieren. Een belangrijk ontdekking daarbij was dat het declaratieve geheugen wordt
gevormd door leerprocessen waarbij vooral de mediale temporale schors (inclusief
hippocampus) is betrokken. Beschadiging van de hippocampus of de aangrenzende gebieden
in de mediale temporale kwab, leidt vaak tot ernstige stoornissen in het vastleggen van
nieuwe kennis van feiten en gebeurtenissen.
Onderzoek bij mensen heeft aangetoond dat de hippocampus vooral betrokken is bij het
opslaan van nieuwe herinneringen die betrekking hebben op bepaalde feiten of
gebeurtenissen. Dit wordt ook wel expliciet of declaratief geheugen genoemd. Daarbij lijkt
vooral de context van deze gebeurtenissen van belang te zijn, zoals bij gebeurtenissen die
zich in iemands persoonlijk leven hebben voorgedaan. Prikkels die interessant of belangrijk
bevonden worden, zullen worden opgeslagen in de cortex (het langetermijngeheugen). Dit
proces, ook wel consolidatie genoemd, kan soms wel een aantal weken, of langer in beslag
nemen. Het is nog onduidelijk in hoeverre de hippocampus een rol speelt bij het
bewaren/ophalen van oude herinneringen. Wél bestaat het vermoeden dat de hippocampus
betrokken is bij ophalen van herinneringen die nog relatief vers in het geheugen liggen.
Aangrenzende mediale temporale gebieden zoals de eerder genoemde cortex entorhinalis
(MOET JE KENNEN!) zijn ook betrokken bij de opslag van nieuwe kennis in de hersenen.
Er zijn aanwijzingen uit onderzoek bij mens en dier dat de rol van hippocampus na een
relatief korte periode is uitgespeeld, waarna een voortgezet consolidatieproces plaatsvindt in
de aangrenzende gebieden en uiteindelijk ook op niveau van intracorticale verbindingen
binnen de neocortex zelf. Dit verklaart mogelijk ook waarom bij laesies van de mediale
temporale gebieden soms een retrograde amnesie van enkele jaren optreedt: kennelijk is met
het volledige proces van informatieopslag in de hersenen een relatief lange periode gemoeid.
Een gebeurtenis die bijvoorbeeld een jaar geleden heeft plaatsgevonden, is dan mogelijk nog
niet verankerd in het langetermijngeheugen. De definitieve opslag van kennis in het
langetermijngeheugen vindt vermoedelijk niet plaats in de hippocampus zelf, maar in
'hogerop' gebieden van de neocortex zoals de pariëtale en temporale cortex (zie figuur
hiernaast).
18
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Ruimtelijke oriëntatie
Dieronderzoek met ratten heeft duidelijk gemaakt dat de hippocampus een rol speelt bij het
ruimtelijke navigeren en oriënteren. Het is echter nog onduidelijk of bij mensen de
hippocampus specifiek betrokken is bij ruimtelijke navigatie, of een meer algemene functie
heeft bij de opslag van kennis in het geheugen. Een studie die mogelijk wijst op een
specifieke rol bij ruimtelijke oriëntatie is een MRI-onderzoek bij Londense taxichauffeurs
van Maguire e.a. Bij taxichauffeurs had het achterste deel van de rechter hippocampus een
groter volume dan bij een groep controleproefpersonen. Dit verschil nam bovendien toe met
het aantal jaren rijervaring als taxichauffeur.
Ophalen van informatie
Zie afbeelding hieronder. Bedenk wel dat er tussen de hippocampus en de cortical modules
nog de enthorinale cortex zit! Ik zou die even doorlezen in het boek, ik ben het mooie verhaal
wat dr. Van der Zee tijdens het college vertelde deels vergeten.
19
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Ophalen van geheugen
Voor het ophalen is de context essentieel; deze context is nodig voor de reconstructie, het
“weven van een coherent beeld uit losse stukjes”.


Reactivatie van dezelfde circuits van neuronen die ook aktief waren tijdens de
codering (het engram) via de hippocampus (= overgang van LTG naar KTG)
Een sterk geconsolideerde herinnering heeft de hippocampus niet meer nodig
20
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Sensitisatie
Sensitisatie is een vorm van niet-associatief leren waarbij een versterking van een reflex op
prikkels plaatsvindt. Het wordt samen met habituatie gerekend tot een van de subvormen van
het impliciet of niet-declaratief geheugen. Sensitisatie kan worden aangetoond door aan een
proefdier een schadelijke stimulus (zoals een milde elektrische schok) toe te dienen. Bij de
zeeslak (Aplysia californica) zal bijvoorbeeld een schokje toegediend op de staart leiden tot
een versterking van de kieuwreflex op een neutrale prikkel (zoals aanraken van de sifon).
Deze toestand kan minuten of soms nog langer voortduren. Je kunt dus zeggen dat sensitisatie
het tegenovergestelde is van habituatie.
Hippocampus
De hippocampus is een gebied dat diep
in de hersenen ligt met min of meer de
vorm van een zeepaardje
(=hippocampus). Dit gebied speelt een
grote rol bij het leren en bij het
langetermijngeheugen. Het is een soort
sorteerplaats voor het geheugen waar
belangrijke gebeurtenissen
geselecteerd worden om bewaard te
worden. Ook is de hippocampus
betrokken bij het herkennen van
nieuwe dingen en bij ruimtelijke
verhoudingen.
Patient H.M.
HM leed aan een ernstige vorm van epilepsie. Die was ontstaan door een ongeluk met zijn
fiets, toen hij 9 jaar oud was. Om de symptomen van deze ziekte te bestrijden, waren in 1953
langs chirurgische weg in de bilaterale temporale cortex grote delen van de hippocampus, de
gyrus parahippocampalis en de amygdala verwijderd. Na de operatie bleek HM te lijden aan
een ernstige vorm van anterograde amnesie: een onvermogen om nieuwe feiten of
gebeurtenissen te onthouden. Als hij bekenden tegenkwam, was het steeds alsof hij hen voor
het eerst ontmoette. Zelfs schokkende voorvallen waren na enkele minuten geheel uit zijn
geheugen verdwenen. Het geheugen voor feiten of gebeurtenissen die zich hadden afgespeeld
in de periode ver vóór de operatie, was echter nog nagenoeg intact. Ook bleken zijn
motorische vaardigheden nog intact te zijn. Hij kon nieuwe dingen aanleren (zoals het
natekenen van een sterfiguur in spiegelbeeld) en blijvend beheersen, zonder dat hij zich
herinnerde hoe hij die geleerd had. Dit was een bewijs dat in de hersenen verschillende
geheugensystemen bestaan. Vooral de hippocampus bleek een belangrijke rol te vervullen bij
het onthouden van nieuwe feitelijke kennis, ook wel declaratief geheugen genoemd.
21
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Daarentegen was zijn geheugen voor het aanleren van vaardigheden, dat tot het nietdeclaratief of procedureel geheugen wordt gerekend, nog intact. Ook deed HM het nog goed
bij plaatjes-herkenningstesten, al kon hij nooit bewust gezichten onthouden. Hierbij
herinnerde hij zich niet expliciet dat hij bepaalde stimulusplaatjes al eerder had gezien, maar
hij kon toch aangeven welke hij herkende.
Amygdala
De amygdala legt verbanden tussen informatie die van verschillende zintuigen afkomstig is
en koppelt deze aan emoties. Bij iedere nieuwe situatie bepaalt het individu welke emotionele
reactie het meest zinvol is. Daarbij reageert de amygdala bijvoorbeeld ook op de
gezichtsuitdrukking van soortgenoten. De reactie van de amygdala op prikkels die angst
veroorzaken kan snel en volledig automatisch (d.w.z.reflexmatig) plaatsvinden. De amygdala
speelt een belangrijke rol bij het vormen en opslaan van herinneringen aan emotionele
gebeurtenissen. Daarbij wordt informatie die afkomstig is van verschillende zintuigen
geïntegreerd. De amygdala werkt bij de geheugenopslag nauw samen met de hippocampus.
Samen vormen zij een soort werkgeheugen met tijdelijke opslag, het kortetermijngeheugen.
Na enige tijd wordt de informatie overgebracht naar het langetermijngeheugen in de
hersenschors.
22
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Langetermijnpotentiatie
Langetermijnpotentiatie (LTP) is een
langdurige verhoging van doeltreffendheid van
een synaps. LTP impliceert een versterking
van de synaptische verbinding tussen twee
neuronen door gelijktijdige activatie van
presynaptisch en postsynaptisch neuron. Het
wordt gezien als een elektrofysiologische
manifestatie van het principe van synaptische
versterking dat door Donald Hebb voor het
eerst is beschreven. In een experimentele
opstelling kan men korte, hoogfrequente
elektrische prikkels toedienen aan de synaps
van een neuron. Deze prikkels, ook wel stimuli genoemd, kunnen de synaps sterker maken,
potentiëren. Dit effect duurt van enkele minuten tot urenlang. In cellen vindt spontaan LTP
plaats, het effect daarvan kan zelfs jaren aanhouden.
Het mechanisme achter LTP berust op specifieke eigenschappen van zogeheten NMDA (Nmethyl-D-aspartaat) receptoren. Deze vinden we in veld CA1 en in de gyrus dentatus van de
hippocampus. NMDA receptoren hebben namelijk als bijzondere eigenschap dat zij reageren
op een conjunctie (samengaan) van twee factoren, depolarisatie van het postsynaptische
membraan en vrijkomen van glutamaat in het presynaptisch membraan. Normaal zijn deze
receptoren geblokkeerd door magnesiumionen. De blokkade blijft gehandhaafd als glutamaat
uit de boutons terminaux (eindknopjes) van het presynaptisch neuron zich bindt met de
receptor. Pas als het postsynaptisch membraan is gedepolariseerd door de krachtige puls (of
hoogfrequente pulsentrein), wordt de blokkade door magnesium opgeheven, waardoor
calciumionen (die een kritieke rol spelen bij het tot stand komen van synapspotentiatie) vrij
kunnen binnenstromen. Het zogenaamde crebeiwit is het eiwit dat er uiteindelijk voor zorgt
dat er meer genen worden afgeschreven voor de vorming van nieuwe receptoren (zie
afbeelding hieronder).
23
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
24
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
25
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Adenosine
Onderzoek laat zien dat een bepaalde stof,
die adenosine wordt genoemd, geleidelijk
opbouwt in het bloed wanneer we wakker
zijn en waardoor slaperigheid wordt
veroorzaakt. Het niveau van adenosine in het
bloed neemt vervolgens weer af als we
slapen. Caffeine is een bekende adenosine
receptor antagonist. Hierdoor zal het lichaam
niet meer kunnen ‘meten’ hoeveel adenosine er op dat moment in het bloed zit en dus geen
slaapgevoel kunnen opwekken.
Glycogeen in gliacellen
In tegenstellen tot neuronen is het voor gliacellen mogelijk om glycogeen op te slaan.
Neurale activiteit zal langzaam de energiebronnen uitputten die vervolgens weer aangevuld
moeten worden. Slaap dient ervoor om deze energievoorraden weer aan te vullen.
26
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Antwoord op de vraag:
Reactivatie van sterke synapsen en het uitwissen van zwakke synapsen
27
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Colleges 12 maart 2012
Dr. Groothuis
Priming
Priming is het sneller herkennen van, of reageren op een bepaalde stimulus als men deze
eerder heeft waargenomen. Het wordt beschouwd als een van de manifestaties van het
impliciete, of niet-declaratieve geheugen. In een typisch priming-experiment krijgt een
proefpersoon eerst in de studeerfase een lijst van woorden of voorwerpen te zien. Om te
vermijden dat men de woorden probeert te onthouden, krijgt men daarbij de opdracht de
woorden c.q. objecten te beoordelen op aantrekkelijkheid, kleur of grammaticale aspecten. In
de daaropvolgende testfase krijgt men weer een lijst met woorden te zien waarvan de helft
correspondeert met woorden in de lijst van de studeerfase. Men krijgt daarbij bijvoorbeeld
opdracht de woorden zo snel mogelijk na te zeggen. De reacties zijn dan doorgaans sneller
voor de herhaalde dan niet herhaalde woorden.
Operante conditionering
Operante conditionering of instrumenteel leren is het leerproces waarbij een respons in een
bepaalde context gevolgd wordt door een bekrachtiger (Engels: reinforcer) of bestraffer
(Engels: punishment). Een bekrachtiger is elke gebeurtenis die de kans vergroot dat dezelfde
respons in de toekomst weer zal optreden. Een bestraffer is daarentegen elke gebeurtenis die
de kans verkleint dat de respons weer zal optreden. In dierexperimenten is de bekrachtiger
vaak voedsel of drank, en de bestraffer een elektrisch schokje. Soms spreekt men ook wel van
positieve en negatieve bekrachtigers.
Klassieke conditionering
Klassieke conditionering, stimulussubstitutie of S-leertype komt neer op het leren van
voorwaardelijke reflexen. Leergedrag dat tot stand komt via klassieke conditionering wordt
gerekend tot een van de ondervormen van het impliciete of niet-declaratieve geheugen.
Klassieke conditionering is onderworpen aan een aantal wetten, de conditioneringswetten.
Aangenomen wordt dat klassiek conditioneren berust op een adaptief mechanisme waardoor
organismen leren toekomstige prikkels met een overlevingswaarde te voorspellen.Klassiek
conditioneren gebeurt door een neutrale of conditionele stimulus/voorwaardelijke prikkel
(CS: bijvoorbeeld een toontje of lichtflits) te laten volgen door een ongeconditioneerde
stimulus/onvoorwaardelijke prikkel (UCS: bijvoorbeeld een milde elektrische schok). De
UCS is meestal een stimulus met biologische relevantie, zoals pijn (negatief) of voedsel
(positief). Na enige tijd zal de reactie (of reflex) die oorspronkelijk alleen na UCS optrad, ook
na de CS optreden (hierbij wordt dus de UCS weggelaten). Dit noemt men dan de
conditionele of geconditioneerde reactie: CR. Ander termen daarvoor zijn: voorwaardelijke
of geconditioneerde reflex.
28
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Mimicry
Bij mimicry, mimicrae of nabootsing lijkt een dier of plant op een ander dier of plant, veel
meer dan door toeval, levenswijze en gezamenlijke afstamming verwacht mocht worden. Een
van beide soorten bootst de andere soort na. Het is een variant van camouflage waarbij het
dier de herkenning niet vermijdt maar als iets anders herkend zal worden.
Shaping
Shaping is een procedure om nieuw gedrag stapsgewijs aan te leren via positieve
bekrachtiging. Technisch gaat het om het ontwikkelen van nieuw gedrag door opeenvolgende
selectieve bekrachtiging van gedrag dat het vooropgestelde doelgedrag steeds dichter
benadert (door selectieve beloningen gedrag aanpassen).
Sociale facilitate
Social facilitation is the tendency for people to do better on simple tasks when in the presence
of other people. This implies that whenever people are being watched by others, they will do
well on things that they are already good at doing. The idea that social evaluation has an
impact on performance sparked interest in the psychological reasons behind this
phenomenon, leading to further research surrounding the Social Facilitation Theory and its
implications. For example, a star soccer player may perform better in his game when more
people are watching him perform. However, if a person is asked to fix a car’s engine during a
road race but is not a mechanic, he will not perform as well if he is aware of the presence of
others than he would in a situation when he feels less evaluated or pressured, like just trying
to fix a car in his garage.
Imitatie
Imitatieleren (observationeel leren) is het kopiëren van gedrag. Bij sommige hogere
diersoorten (primaten) hebben de jongere dieren de neiging om alles na te doen (vandaar het
woord ‘na-apen’) wat oudere of dominantere groepsleden doen. Ook bij bepaalde
vogelsoorten komt dit voor (denk aan het praten bij papegaaien). Zo kan een nieuwe hond in
het gezin het blaffen bij de deurbel van andere honden over nemen zonder dat hij hiervoor
geconditioneerd is; hij imiteert simpelweg het gedrag van andere groepsleden. Of denk aan de
moederhond die haar puppies leert graven.
Spiegelneuronen
Een spiegelneuron of spiegelcel is een neuron dat niet alleen vuurt als een dier een handeling
uitvoert, maar ook als het dier een handeling ziet uitvoeren door een ander dier (vooral van
dezelfde diersoort). Het neuron weerspiegelt dus als het ware het gedrag van een ander dier
en is op dezelfde manier actief als wanneer het dier de handeling zelf uitvoert. Dergelijke
neuronen zijn gevonden bij primaten, waaronder de mens, en bij sommige vogels. Bij mensen
bevinden ze zich in de premotorische cortex en in de pariëtale kwabben van de hersenen. Er
zijn verschillende theorieën over de werking en functie van spiegelneuronsystemen en het
onderzoek is dan ook in volle gang. Naar men aanneemt spelen ze een rol bij het begrijpen en
interpreteren van de acties van anderen en het leren van nieuwe vaardigheden door imitatie.
29
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Principe van equipotentiality
In behaviorism, the theory of equipotentiality suggests that any two stimuli can be associated
in the brain, regardless of their nature. It proposes that all forms of associative learning, both
classical (Pavlovian) and operant (Skinnerian) involve the same underlying mechanisms.
However, food avoidance experiments have questioned its application.
General proces theory
Deze theorie stelt dat een diersoort dingen kan leren, mits het aan een aantal voorwaarden
voldoet. Ten eerste moet het tijdsinterval tussen de handeling en de beloning niet te lang zijn.
Ten tweede moet het dier associaties in tijd kunnen maken. Ten derde moet het dier beloond
worden (spreekt redelijk voor zich). Als laatste moet het verassingseffect blijven, hierdoor zal
het leerproces nog sneller verlopen.
Weerlegging van de theorieën
De hier bovengenoemde theorieën blijken niet te kloppen. Een soort zal altijd soortspecifieke
predisposities hebben, net als een phyletisch geheugen (structuur hersenen). Ook zal een
bepaalde soort misschien zgn. constrains in learning hebben (gebrek aan ledematen o.i.d.),
waardoor het een bepaalde handeling minder goed zal kunnen aanleren.
Taste aversion learning
Conditioned taste aversion occurs when a subject associates the taste of a certain food with
symptoms caused by a toxic, spoiled, or poisonous substance. Generally, taste aversion is
caused after ingestion of the food causes nausea, sickness, or vomiting. The ability to develop
a taste aversion is considered an adaptive trait or survival mechanism that trains the body to
avoid poisonous substances (e.g., poisonous berries) before they can cause harm. This
association is meant to prevent the consumption of the same substance (or something that
tastes similar) in the future, thus avoiding further poisoning. However, conditioned taste
aversion sometimes occurs in subjects when sickness was merely coincidental and not related
to the food (for example, a subject who gets a cold or the flu shortly after eating bananas
might develop an aversion to the taste of bananas).
Latent leren
Latent is een ander woord voor ongemerkt. In feite betekent latent leren dus ongemerkt leren.
Voorbeeld: als een dier zijn territorium verkent, leert hij ondertussen ongemerkt ontzettend
veel over zijn omgeving. Dit kan later nog van pas komen, bijvoorbeeld bij het zoeken van
een schuilplaats.
Alle vormen op een rijtje
Inprenting is een leerproces dat plaatsvindt gedurende een gevoelige periode, meestal tijdens
de eerste levensfase. Dit is een periode waarin het dier extra gevoelig is om bepaalde
processen te leren. Je kunt bijvoorbeeld denken aan jonge vogels, die gedurende de eerste
weken na geboorte hun moederfiguur inprenten en daar vervolgens niet meer van af wijken.
30
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Habituatie komt pas na enige tijd voor. Het gaat hier om een prikkel die eerst meerdere malen
herhaald moet worden, waarna het dier deze prikkel zal negeren. Denk bijvoorbeeld aan een
boer die met geweerschoten de vogels van zijn land jaagt; na een week begrijpen de vogels
dat er verder niets gebeurt, en zullen ze op het land blijven.
Conditionering valt onder te verdelen in drie subgroepen: trial-and-error, klassiek
conditioneren en operant conditioneren.
Trial-and-error is een veelvoorkomende en makkelijk te begrijpen leerproces. Hierbij gaat het
erom dat een dier proefondervindelijk leert dat hij beter wel of juist niet kan doen. Een goed
voorbeeld is een vogel die een zwart-oranje, giftige rups eet en daar ziek van wordt. Deze
vogel zal de volgende keer geen zwart-oranje rupsen meer eten.
Klassiek conditioneren is wat ingewikkelder. Deze vorm van conditioneren zorgt ervoor dat
een dier een actie uitvoert, die oorspronkelijk niet door de gegeven prikkel veroorzaakt
wordt. De Rus Ivan Pavlov deed ooit onderzoek naar dit type leerproces, hij gebruikte
hiervoor honden. Hij liet dan vijf seconden voordat de honden voedsel kregen een belletje
rinkelen, waarop de honden (na verloop van tijd) begonnen te kwijlen bij het horen van de
bel. Oorspronkelijk gaat een hond helemaal niet kwijlen van het geluid van de bel, maar
omdat hij heeft geleerd dat hij daarna voedsel krijgt, doet hij dit toch. Op het plaatje zie je de
hond van Pavlov, in de hoek van zijn bek zit een reageerbuisje om de hoeveelheid afgegeven
speeksel te meten.
Operant conditioneren is het laatste type onder het kopje conditioneren. Hierbij heeft het
effect van de prikkel invloed op de frequentie waarmee het gedrag (de operant) plaatsvindt.
Ooit is er een proef uitgevoerd waarbij een muis een snoepje ontving, elke keer als hij op een
hendel drukte. Toen de muis doorhad dat dit het geval was, drukte hij steeds vaker op de
hendel.
Imitatie is het proces waarbij een dier leert door het gedrag van soortgenoten na te bootsen.
Op deze manier leren jonge vogels de soortspeficieke zang, gewoon door goed naar de ouders
te luisteren.
Latent is een ander woord voor ongemerkt. In feite betekent latent leren dus ongemerkt leren.
Voorbeeld: als een dier zijn territorium verkent, leert hij ondertussen ongemerkt ontzettend
veel over zijn omgeving. Dit kan later nog van pas komen, bijvoorbeeld bij het zoeken van
een schuilplaats.
Tenslotte volgt nog het inzicht. Dit is het leerproces waarbij de mens een enorme voorsprong
heeft op andere diersoorten. In een onbekende situatie is de mens in staat de oplossing van
een probleem te vinden door verschillende vroeger opgedane ervaringen te combineren. Ook
soortgelijke diersoorten als de aap zijn hier vrij goed in. Apen kunnen namelijk kisten
stapelen, waarop ze dan gaan staan om bij een tros bananen te kunnen.
31
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Filial imprinting
The best-known form of imprinting is
filial imprinting, in which a young
animal acquires several of its behavioral
characteristics from its parent. It is most
obvious in nidifugous birds, which
imprint on their parents and then follow
them around. It was first reported in
domestic chickens, by the 19th-century
amateur biologist Douglas Spalding.
Lorenz demonstrated how incubatorhatched geese would imprint on the first
suitable moving stimulus they saw
within what he called a "critical period"
between 13–16 hours shortly after
hatching. For example, the goslings would imprint on Lorenz himself (to be more specific, on
his wading boots), and he is often depicted being followed by a gaggle of geese who had
imprinted on him. Filial imprinting is not restricted to non-human animals that are able to
follow their parents, however. In child development, the term is used to refer to the process
by which a baby learns who its mother and father are. The process is recognised as beginning
in the womb, when the unborn baby starts to recognise its parents' voices. Uit de afbeelding
hierboven blijkt dat groep II (ouder dan groep I) een grotere voorkeur voor de fowl (nepkip)
hebben, ondanks dat zij alleen nog maar licht hadden gezien. Het blijkt dus dat een dier
(kuiken in dit geval) een predispositie heeft voor zijn eigen soort.
•
Kanalisatie door predispositie
•
Flexibiliteit waardoor eigen moeder geleerd kan worden (of adoptiemoeder)
•
Gevoelige periode draagt zorg voor stabiliteit
•
Neurobiologie deels bekend
32
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Colleges 13 maart 2012
Dr. Gerkema
Chronobiologie
De chronobiologie bestudeert de temporele organisatie van gedrag en fysiologie. Hiermee
bedoelt men verschillende biologische ritmes en moleculaire, centrale en perifere
kloksystemen.
Circadiaan ritme
Een circadiaan ritme is een
biologisch ritme waarvan de
cyclus ongeveer één dag duurt
(Latijn: circa = ongeveer, dies
= dag). Men spreekt ook wel
van een 24-uurs ritme of slaapwaakritme. Een organisme is
onderhevig aan een groot
aantal biologische processen,
die doorgaans automatisch
verlopen volgens een bepaald ritme.
Circadiaan verlopende functies
vertonen een patroon dat dagelijks
herhaald wordt. Het ritme wordt via de
biologische klok endogeen gestuurd
(door innerlijke erfelijke factoren in de
hersenen vastgelegd) en functioneert
onafhankelijk van omgevingsfactoren
als licht en temperatuur.
De lichaamstemperatuur (rectaal
gemeten) is een goed voorbeeld van een
functie met een circadiaan ritme. In de
late middag (6 uur voor het inslapen) is
deze het hoogst, en 2 uur na het inslapen het laagst. Ook andere lichaamfuncties vertonen een
circadiaan ritme, zoals afscheiding van bepaalde hormonen, hartritme, slaappatroon, volume
van de urineblaas, behoefte aan eten en drinken en gevoeligheid voor farmaca. Wordt het
individu afgeschermd van bepaalde omgevingsfactoren, dan blijven de circadiaan verlopende
processen volgens hun eigen innerlijke ritme doorlopen. Onder invloed van uiterlijke
factoren, zoals zonlicht, getijden, klimaat of sociale omgeving, worden de circadiane
invloeden afgezwakt en wordt het gedrag van het individu meer bepaald door die
omgevingsfactoren. In omstandigheden waar kunstmatig de omgeving altijd licht of donker
wordt gehouden blijft het circadiane ritme gehandhaafd. Hierbij ontbreekt dus tijdaanduiding
van de omgeving (ook wel Zeitgeber) genoemd en gaat het endogene (eigen) ritme
overheersen. Het ritme is bijvoorbeeld in een altijd donkere omgeving iets korter dan 24 uur,
waardoor het over opeenvolgende dagen steeds iets naar voren schuift in de tijd (vrijloop).
33
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Interne synchronisatie
Onder normale omstandigheden onderhouden de verschillende ritmen van de
lichaamsfuncties een vaste tijdsrelatie tot elkaar, ze zijn onderling in de tijd gekoppeld, de zg.
interne synchronisatie. Deze interne koppeling kan worden bepaald door het verloop van elk
van de afzonderlijke ritmen te beschrijven door middel van een curve, de tijd te bepalen
waarop de hoogste waarde wordt bereikt, de zg. acrofase en deze momenten in een fasekaart
weer te geven. Veel ritmen blijken
dan een eigen, kenmerkende
acrofase te hebben (zie hiernaast).
Ultradiaan ritme
Alle ritmen die sneller verlopen
dan dan de circadiane ritmen noemt
men ultradiaan. Er zijn veel
voorbeelden van korte ritmen met
een periode van één tot enkele
uren. Eetgedrag bij (zoog)dieren,
maar bijvoorbeeld ook de
concentratie van bepaalde
hormonen in het bloed, of de
afwisseling van bepaalde slaapstadia. Maar bij ultradiane ritmen horen dus ook veel snellere
ritmen, zoals ademhaling en bloedsomloop. Al deze ritmen hebben gemeen dat ze betrokken
zijn bij de inwendige besturing van een organisme en zijn vaak minder nauwkeurig dan
circadiane ritmen. Maar overigens verschillen ultradiane ritmen in functies en waarschijnlijk
ook in mechanismen. Samenhangen tussen ultradiane gedrags- en hormoon-ritmen zijn wel
verondersteld maar niet bewezen. Van de hartslag weten we dat deze gestuurd wordt door een
eigen gangmaker, bij de “uurs”-ritmen tasten we daar nog in het duister. Misschien is daar
ook een klokmechanisme, of misschien een soort regelmechanisme als van een
verwarmingsthermostaat.
Infradiaan ritme
Naast het circadiane en utradiane ritme, zijn er ook allerlei processen in de biologie met een
ritme dat juist langer duurt dan 24 uur. Bij dit soort processen die langer duren dan 24 uur,
kun je denken aan de menstruatiecyclus of bij dieren bijvoorbeeld een winterslaap. Het
meeste onderzoek in de chronobiologie richt zich echter op de circadiane ritmiek, daarom is
er heel weinig informatie bekend over het infradiane ritme.
Homeostatische regulatie vs. klokregulatie
De timing van een proces hangt af van de voorgeschiedenis: hoe langer in het nest, hoe later
de volgende cyclus begint (stekelbaars). Je kunt dus zeggen dat gedrag wel invloed heeft op
de homeostase. Bij klokregulatie is dit niet het geval. Een muis die heel veel honger heeft, zal
alsnog op dezelfde intervallen eten gaan zoeken als een niet-hongerige muis. Gedrag heeft
dus wel invloed op homeostatische regulatie, maar niet op de klokregulatie.
34
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Suprachiasmatische nucleus
De nucleus suprachiasmaticus is een kleine groep neuronen (zenuwcellen) in de
hypothalamus. Deze kern wordt als een belangrijke schakelfactor bij het bioritme gezien.
Wanneer bij proefdieren de nucleus suprachiasmaticus wordt verwijderd blijken deze dieren
een verstoord bioritme te ontwikkelen. De nucleus suprachiasmaticus krijgt via visuele
informatie over de omgeving en wordt daardoor telkens bijgesteld. Hierop stimuleert deze
kern de epifyse (=pijnappelklier) die op haar beurt weer het hormoon melatonine afgeeft. Dat
de ogen een belangrijke factor in de werking van de nucleus suprachiasmaticus zijn blijkt uit
de verstoorde slaapritmes van blinden. De nucleus suprachiasmaticus dankt zijn naam aan
zijn ligging: deze kleine groep neuronen ligt boven (supra) het chiasma opticum, waar de
gezichtsbanen kruisen. Een belangrijk onderdeel van het bioritme is het dag- en nachtritme.
Verondersteld wordt dat een cyclisch chemisch proces binnen deze kern verantwoordelijk is
voor dit ritme. Wanneer het donker wordt, geven speciale lichtreceptoren in de ogen een
signaal aan de nucleus suprachiasmaticus, waardoor twee verschillende eiwitten (soms
timeless en period genoemd) zich verbinden. Dit proces gaat de hele nacht door. Zodra de
ogen weer licht waarnemen, wordt het samengaan van deze eiwitten geblokkeerd. Vanaf dat
moment beginnen de verbonden eiwitten langzaam uit elkaar te vallen in hun oorspronkelijke
twee vormen. Tegen de avond is dit proces volledig afgerond. Zodra het opnieuw donker
wordt, herhaalt deze cyclus zich. Het verbinden en weer loslaten van de beide eiwitten kan
het beste gezien worden als een zandloper, die bij het begin van het licht en van het donker
worden wordt omgedraaid. Blootstelling aan fel licht laat in de avond of totale verduistering
van de slaapkamer in de ochtend, kan dit proces beïnvloeden. Bij een te verwachten jetlag,
kan het lichaam zo al voorbereid worden op het nieuwe ritme en eenmaal op de plaats van
bestemming is blootstelling aan
daglicht een goede remedie om
de jetlag op te lossen.
Zonnekompas spreeuw
Tijdens het college werd er
verteld dat de spreeuw altijd in
staat is op het westen te vinden.
Dit doet hij m.b.v. de zon. In de ochtend weet de spreeuw dat hij van de zon af moet vliegen
om zo richting het westen te vliegen. Ook weet hij dat hij s ’middags haaks op de zon moet
vliegen (zon in het zuiden), om op deze manier richting het westen te vliegen.
Twee processen van slaapregulatie
Slaap wordt gereguleerd door twee processen, namelijk het
slaap-waak ritme (homeostatische regulatie, S) en het
circadiaanse ritme (C). Als je deze twee processen combineert,
krijg je een soort intermediair waarin een duidelijk patroon te
zien is. Hierin is de periode van slaap weergeven met een
blauwe balk onder de grafiek.
35
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
NREM en REM-slaap
Het meest algemene onderscheid dat gemaakt wordt tussen de verschillende slaapfases is de
remslaap en de non-remslaap. In de non-remslaap laat het EEG langzame golfbewegingen
zien met frequenties van 4-13 Hertz, zijn de spieren verslapt en maken de ogen langzaam
rollende bewegingen (=Rapid Eye Movement). De non-remslaap (trage slaap) is de beginfase
van de slaap waarin een geleidelijke vertraging van de hersengolven optreedt. In deze fase
zijn de ogen en de spieren rustig en ontspannen.
Transplantatie van de suprachiasmatische nucleus
36
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Colleges 14 maart 2012
Dr. Gerkema
SCN
Many aspects of mammalian behavior and physiology
show circadian rhythmicity, including sleep, physical
activity, alertness, hormone levels, body temperature,
immune function, and digestive activity. All of these
diverse rhythms are controlled by a single tiny brain
area, the SCN, and are lost if the SCN is destroyed. In
the case of sleep, for example, the total amount is
maintained in rats with SCN damage, but the length and
timing of sleep episodes become erratic. The importance
of entraining organisms, including humans, to
exogenous cues such as the light/dark cycle, is reflected
by several circadian rhythm sleep disorders, where this
process does not function normally.
SCN Lesies
Wanneer er via een elektroden een lesie wordt gemaakt
in de SCN zullen er aritmische gedragseigenschappen in
het drinkgedrag en de locomotie van de rat optreden.
Ook zullen deze lesies effect hebben op het slaapritme
(zie afbeelding onderaan de pagina). Nu we dit weten
kunnen we gaan kijken wat lesie experimenten voor
invloed hebben op het circadiaan en ultradiaan ritme.
Het blijkt dat er nog steeds een ultradiaan ritme is
wanneer er een lesie wordt gemaakt in de SCN(-X) (B).
Pas wanneer er ook een lesie wordt gemaakt in de
retrochiasmatische nucleus RCA(-X) blijkt dat er geen ultradiaan ritme meer overblijft (C). Je
moet dus onthouden dat een lesie in de RCA(-X) nodig is om het ultradiaan ritme te stoppen.
Het bleek ook mogelijk te zijn om een SCN van de ene naar de andere hamster te
transplanteren. Wanneer er in de hersenen van hamster A een lesie was gemaakt, bleek deze
hamster weer een normaal (circadiaan) ritme te hebben wanneer deze een SCN transplantatie
met de hersenen van een gezonde hamster onderging.
37
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
In vitro SCN cellen
De zenuwcellen van de nucleus
suprachiasmaticus vertonen een
intrinsieke ritmische activiteit die
blijft bestaan wanneer de cellen in
vitro worden geïsoleerd.
PER-Gen
Period (per) is a gene located on the
X chromosome of Drosophila melanogaster. Oscillations in levels of both per transcript and
its corresponding protein PER have a period of approximately 24 hours and together play a
central role in the molecular mechanism of the Drosophila biological clock driving circadian
rhythms in eclosion and locomotor activity. Mutations in the per gene can shorten, lengthen
and even abolish the period of the circadian rhythm.
CRY-Gen
Cryptochromes are a class of
blue light-sensitive flavoproteins
found in plants and animals.
Cryptochromes are involved in
the circadian rhythms of plants
and animals, and in the sensing
of magnetic fields in a number
of species. The name
Cryptochrome was proposed as
a pun combining the cryptic
nature of the photoreceptor, and
the cryptogamic organisms on
which many blue light studies
were carried out. The two genes Cry1 and Cry2 code for the two cryptochrome proteins
CRY1 and CRY2. In insects and plants, CRY1 regulates the circadian clock in a lightdependent fashion. Studies in animals and plants suggest that cryptochromes play a pivotal
role in the generation and maintenance of circadian rhythms. In Drosophila, cryptochrome
(dCRY) acts as a blue-light photoreceptor that directly modulates light input into the
circadian clock, while in mammals, cryptochromes (CRY1 and CRY2) act as transcription
repressors within the circadian clockwork.
KaiA, KaiB en KaiC
Lang hebben onderzoekers gedacht dat bacteriën te simpel waren om ook dag-en-nacht ritmes
te hebben. Het was daarom een grote verrassing toen bijna twintig jaar geleden bleek dat
cyanobacteriën – een belangrijke groep bacteriën die hun energie uit zonlicht halen - wel
degelijk eenzelfde soort biologische klok hebben als meercellige organismen. De klok in
cyanobacteriën wordt gevormd door een biochemisch netwerk van drie op elkaar reagerende
klokeiwitten, KaiA, KaiB en KaiC. KaiC wordt met een periode van een dag gefosforyleerd,
38
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
een proces waarbij een eiwit gemerkt wordt met een fosfaatgroep. Alleen gedurende de nacht
zijn de meeste KaiC-eiwitten gefosforyleerd en kan KaiC bijna alle activiteit in de cel
stilleggen.
Hoewel de biologische klok van cyanobacteriën
waarschijnlijk onafhankelijk van die van andere
organismen geëvolueerd is, vermoedde men dat hun
klokken wel op dezelfde manier werken: namelijk
door de gecontroleerde productie en afbraak van
klokeiwitten. Tot ieders verbazing echter bleek uit
recente experimenten dat het 24-uurs ritme in
fosforylatie van KaiC gereproduceerd kan worden
door de drie klokeiwitten in een reageerbuis samen
te voegen. Dit was een spectaculair resultaat, niet
alleen omdat het Kai-systeem hiermee één van de
eerste biochemische netwerken is dat men buiten de
cel in een reageerbuis werkend kan krijgen, maar
ook omdat het liet zien dat de hoeveelheid
klokeiwitten niet verandert en dat een fundamenteel
ander mechanisme verantwoordelijk moet zijn voor
het werken van de klok. Hóe de interacties tussen
de drie klokeiwitten leiden tot een biologische klok was tot nu toe echter nog niet bekend.
(Afbeelding: In de cyanobacterie Synechococcus elongatus wordt KaiC met een periode van
24 uur gefosforyleerd en gedefosforyleerd. 's Nachts is KaiC gefosforyleerd. Het kan dan het
DNA binden en daarmee de expressie van genen onderdrukken).
Perifere klokken
De perifere klokken (lever en andere
organen) staan onder invloed van de
centrale biologische klok en zij zullen
na enige tijd meeschuiven als de
centrale klok verschuift. De perifere
klokken stellen zich niet zelf in op de
afwisseling van licht en donker (zoals
de centrale klok). Signalen die voor het
betreffende orgaan van specifiek
belang zijn, spelen een grote rol in het
afstemmen van het ritme van de
perifere klok. De lever is bijvoorbeeld
actief als de spijsvertering op volle
toeren draait. Wanneer op vaste tijden
wordt gegeten, leert de lever als het
ware wanneer het etenstijd is en kan
zich zo alvast voorbereiden op zijn taak.
39
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Entrainment
Entrainment, within the study of chronobiology, occurs when rhythmic physiological or
behavioral events match their period and phase to that of an environmental oscillation. A
common example is the entrainment of circadian rhythms to the daily light–dark cycle, which
ultimately is determined by the Earth's rotation. The term entrainment is justified because the
biological rhythms are endogenous: They persist when the organism is isolated from periodic
environmental cues. Of the several possible cues, called zeitgebers, which can contribute to
entrainment, bright light is by far the most effective.
Masking
Masking lijkt op entrainment, alleen maskeert de zeitgeber het gedrag of ritme dan alleen. Na
het uitzetten van het licht (zeitgeber) zal het organisme weer verder gaan in zijn normale
ritme.
40
Hersenen en Gedrag 2012
Niek Groot
Lichtgevoelige ganglioncellen
Lichtgevoelige ganglioncellen of intrinsiek fotosensitieve retinale ganglioncellen (ipRGC)
vormen een speciale klasse van zenuwcellen die aanwezig zijn in het netvlies van zoogdieren.
Ze werden ontdekt in de jaren 1990. Ze vormen een derde type lichtgevoelige cel, naast de
bekende staafjes en kegeltjes. De retinale ganglioncellen dienen vooral voor het verzamelen
en doorgeven van de signalen die de staafjes en kegeltjes leveren. Slechts 1 tot 3% van deze
cellen is lichtgevoelig. Vergeleken met de staafjes en kegeltjes reageren de lichtgevoelige
ganglioncellen veel langzamer op licht. Ze lijken van geen of weinig belang voor het vormen
van beelden, maar wel voor het regelen van het circadiaanse ritme (zeer gevoelig voor blauw
licht!)
Chronotype
De term "chronotype" wordt
gebruikt voor het karakteriseren
slaap van een persoon patronen.
Er zijn drie belangrijke
chronotypes: 's ochtends,' s
avonds, en mid-range. Naast het
beïnvloeden van iemands slaap
patronen, je chronotype lijkt ook
een rol in meer algemene
fysiologie van een persoon
hebben. Bijvoorbeeld, afhankelijk van of men een ochtend of avond persoon, kan slapen
vermindering verschillende effecten hebben. Veel slaap onderzoekers zijn zeer geïnteresseerd
in de verschillen tussen mensen met verschillende chronotypes, variërend van creatieve
vermogen om de gemiddelde lichaamstemperatuur.
Photoperiodism
Photoperiodism is the physiological
reaction of organisms to the length of day
or night. It occurs in plants and animals.
Photoperiodism can also be defined as the
developmental responses of plants to the
relative lengths of the light and dark
periods. Here it should be emphasized
that photoperiodic effects relate directly
to the timing of both the light and dark
periods.
41